Знак вопроса, 1994 № 03 - [4]

Да, это действительно так. Расчет показывает, что электростатический заряд каждой частицы облака, в общем-то, ничтожен, но таких частиц миллионы миллионов… В облаке средних размеров, содержащем порядка 100 тысяч тонн воды, таких капель будет примерно 610¹².

Умножив число капель на среднюю величину заряда каждой, получим, что общий заряд облака составляет примерно 200 кулонов. Это не так уж много: такого заряда хватит, чтобы 100-ватная электролампочка горела всего несколько секунд. Однако разряд молнии длится миллионные доли секунды и успевает за это время достичь разности потенциалов в 300 миллионов вольт!

Откуда капли берут энергию? Ведь в воде, казалось бы, отсутствуют электрические заряды… Наэлектризовать воду можно несколькими способами: путем захвата из воздуха ионов дождевыми каплями или смоченными ледяными кристалликами, электризацией посредством трения при столкновениях между собой льдинок, льдинок с каплями, при дроблении водяных капель на более мелкие (именно такие процессы, как установлено, приводят к электризации воды в водопадах и фонтанах)… Какой именно процесс или процессы имеют преобладающее значение, наукой пока еще точно не установлено.

Однако результат таких процессов налицо. Одновременно с формированием кучевого облака, которое может нести в себе, согласно расчетам французских метеорологов Роже Клосса и Леопольда Фасси, до 360 тысяч тонн воды, происходит и накопление в нем электрического заряда. Накопление это идет до той самой поры, пока в воздухе не сверкнет первая искра…

Причем для того, чтобы получился молниевый разряд, должны произойти прежде некоторые, обычно незаметные глазу обывателя, события. Дело в том, что, несмотря на относительно высокий потенциал, накапливаемый облаком, его зачастую все же недостаточно, чтобы пробить примерно пятикилометровый слой воздуха, разделяющий облако и землю. (Воздух, как известно, является достаточно хорошим изолятором). Поэтому главный разряд молнии может состояться лишь после того, как ему проложит путь предшествующий разряд небольшого напряжения. Такой разряд ученые называют ступенчатым лидером.

Почему «лидер», понятно — идущий впереди заслуживает такого названия. Но почему «ступенчатый»?.. Лидер начинает формироваться, когда электрическое поле в облаке становится настолько плотным, что срывает некоторые электроны молекул воздуха с их законных орбит. Эти электроны ускоряются электромагнитным полем, сталкиваются с новыми молекулами воздуха, выбивают из них новые электроны… Начинается цепная реакция. Электронная лавина устремляется вниз, к земле, оставляя за собой проводящий путь из частично ионизированного газа, воздуха.

Лавина эта не увеличивается до бесконечности только потому, что ее источнику — электрическому полю облака — начинает противодействовать все большее число положительных ионов, освобождающихся в результате выбивания электронов. В конечном итоге на каком-то расстоянии от облака наступает равновесие — электронная лавина приостанавливается, пройдя путь 50—100 метров со скоростью примерно 130 км/с. Здесь образуется своеобразная «ступенька», электронная лавина как бы отдыхает. Отдых этот продолжается примерно 50 мкс, и за это время, вероятно, происходит «подтекание» новых электронов из облака. Говоря иными словами, к лидирующей группе прибывает подкрепление.

Восстановив свой заряд, лидер образует новую лавину, направление которой, как правило, не совпадает с направлением предыдущего разряда. Более того, в ряде случаев лавина может разделиться на 2–3 части, каждая из которых затем пойдет к земле своим путем.

Так скачок за скачком, словно заяц и преследующая его гончая, ступенчатый лидер и его второй эшелон достигают земли. Как только ступенчатый лидер «заземлился», происходит разряд электрического тока, называемый иногда возвратным стримером. В миллионные доли секунды волна электрического тока пробегает от положительно заряженной земли к отрицательному облаку. Идет первый возвратный удар. Иногда на этом все и заканчивается, но гораздо чаще ударные процессы повторяются 3–4 раза с интервалом 10—100 мкс, то есть практически неразличимо для глаза. Лишь специальные методы скоростной киносъемки позволили различить отдельные циклы и даже установить своеобразный рекорд: однажды было зафиксировано 26 возвратных циклов одного молниевого разряда.

Обычно все эти разряды кончаются довольно мирно. Падая в землю, они даже приносят известную пользу сельскому хозяйству, превращая азот воздуха в его окислы. Их затем легко усваивают растения, давая прирост урожая. Советские ученые в 30-е годы даже выдвигали предложение о том, чтобы поставить в полях специальные грозопривлекатели — шары, которые бы собирали на себя молниевые удары. Причем подыскивая соответствующее обоснование своему проекту, эксперты ссылались не только на наблюдения и расчеты, но и на опыт древнеримских крестьян, которые ставили на полях высокие колья.

Определенную пользу ударов молнии для растительности отмечал в своей книге и уже известный нам Ф. Араго. «Так между Туром и Рошфором, — писал он, — некогда находился замок, к которому вела аллея тополей. Когда в один из них ударила молния, он стал быстро расти, далеко обогнав своих соседей».